Конденсация в области низкого давления над крылом Airbus A340 , проходящего через влажный воздух.Закрылки (зеленые) используются в различных конфигурациях для увеличения площади крыла и подъемной силы. В сочетании с интерцепторами (красные) закрылки максимизируют сопротивление и минимизируют подъемную силу во время пробега при посадке.
Проектирование и анализ крыльев самолетов является одним из основных приложений науки аэродинамики , которая является разделом механики жидкости . В принципе, свойства воздушного потока вокруг любого движущегося объекта могут быть найдены путем решения уравнений Навье-Стокса динамики жидкости . Однако, за исключением простых геометрий, эти уравнения, как известно, трудно решить, и используются более простые уравнения. [2]
Чтобы крыло создавало подъемную силу , оно должно быть ориентировано под соответствующим углом атаки . Когда это происходит, крыло отклоняет воздушный поток вниз, когда он проходит мимо крыла. Поскольку крыло оказывает силу на воздух, чтобы изменить его направление, воздух также должен оказывать равную и противоположную силу на крыло. [3] [4] [5] [6]
Форма поперечного сечения
Аэродинамический профиль ( американский английский ) или аэродинамический профиль ( британский английский ) — это форма крыла, лопасти (пропеллера , ротора или турбины ) или паруса (как показано в поперечном сечении ). Крылья с асимметричным поперечным сечением являются нормой в дозвуковом полете . Крылья с симметричным поперечным сечением также могут создавать подъемную силу, используя положительный угол атаки для отклонения воздуха вниз. Симметричные аэродинамические профили имеют более высокую скорость сваливания , чем изогнутые аэродинамические профили той же площади крыла [7] , но используются в пилотажных самолетах [8], поскольку они обеспечивают практические характеристики независимо от того, находится ли самолет в прямом или перевернутом положении. Другой пример — парусные лодки, где парус представляет собой тонкую мембрану без разницы в длине пути между одной и другой стороной. [9]
Для скоростей полета, близких к скорости звука ( трансзвуковой полет ), используются аэродинамические профили со сложной асимметричной формой, чтобы минимизировать резкое увеличение сопротивления, связанное с потоком воздуха, близким к скорости звука. [10] Такие аэродинамические профили, называемые сверхкритическими аэродинамическими профилями , плоские сверху и изогнутые снизу. [11]
Устройства задней кромки крыла, такие как закрылки или флапероны (комбинация закрылков и элеронов)
Винглеты для предотвращения образования вихрей на законцовках крыльев , увеличивающих сопротивление и уменьшающих подъемную силу
Двугранный , или положительный угол наклона крыла к горизонтали, увеличивает спиральную устойчивость вокруг оси крена, тогда как ксеноновый , или отрицательный угол наклона крыла к горизонтали, уменьшает спиральную устойчивость.
Крылья самолетов могут иметь различные устройства, такие как закрылки или предкрылки, которые пилот использует для изменения формы и площади поверхности крыла с целью изменения его эксплуатационных характеристик в полете.
Элероны (обычно около законцовок крыла) для вращения самолета по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг его продольной оси.
Интерцепторы на верхней поверхности, которые препятствуют подъемной силе и обеспечивают дополнительную тягу самолету, который только что приземлился, но все еще движется.
Генераторы вихрей уменьшают отрыв потока на низких скоростях и больших углах атаки, особенно над управляющими поверхностями. [12]
Крыльевые ограждения удерживают поток на крыле, предотвращая отрыв пограничного слоя от направления крена.
Складывающиеся крылья позволяют разместить больше самолетов в ограниченном пространстве ангарной палубы авианосца .
Обтекатели , конструкции, основная функция которых заключается в создании плавного контура и уменьшении сопротивления. Например, обтекатели направляющих закрылков
Суда на подводных крыльях , которые используют жесткие конструкции в форме крыла для подъема судна из воды, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость.
Муха -долгоножка , задние крылья которой редуцированы до жужжальца в форме барабанных палочек .
Натяжные конструкции
В 1948 году Фрэнсис Рогалло изобрел похожее на воздушного змея растяжимое крыло, поддерживаемое надувными или жесткими стойками, что открыло новые возможности для самолетов. [18] Примерно в то же время Домина Жальбер изобрела гибкие беслонжеронные толстые крылья с аэродинамическим профилем. Эти две новые ветви крыльев с тех пор широко изучались и применялись в новых отраслях самолетов, особенно в изменении ландшафта личной любительской авиации. [19]
^ Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт. Основы физики (3-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 378. ...эффект крыла заключается в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую компоненту скорости. Сила реакции отклоненной воздушной массы должна затем воздействовать на крыло, чтобы придать ему равную и противоположную восходящую компоненту.
^ "Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, что производит чистое отклонение или поворот потока, локальная скорость изменяется по величине, направлению или по обоим параметрам. Изменение скорости создает чистую силу на теле" "Подъемная сила от поворота потока". Исследовательский центр Гленна . Получено 29.06.2011 .
^ "Причиной аэродинамической подъемной силы является нисходящее ускорение воздуха аэродинамическим профилем..." Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин. "Физика полета – обзор". Университет Гете во Франкфурте . Архивировано из оригинала 2011-07-19.
^ Laitone, EV (1997). «Испытания крыльев в аэродинамической трубе при числах Рейнольдса ниже 70 000». Experiments in Fluids . 23 (405): 405–409. doi :10.1007/s003480050128. S2CID 122755021.
^ "...рассмотрите парус, который представляет собой не что иное, как вертикальное крыло (создающее боковую силу для движения яхты). ...очевидно, что расстояние между точкой торможения и задней кромкой более или менее одинаково с обеих сторон. Это становится совершенно верным при отсутствии мачты — и очевидно, что наличие мачты не имеет никакого значения для создания подъемной силы. Таким образом, создание подъемной силы не требует разных расстояний вокруг верхней и нижней поверхностей ". Хольгер Бабински Как работают крылья? Физическое образование Ноябрь 2003 г., PDF
↑ Джон Д. Андерсон-младший. Введение в полет, 4-е изд., стр. 271.
^ "Сверхкритические крылья имеют плоский вид сверху "вверх ногами"". NASA Dryden Flight Research Center .
^ "Физика воздушного змея – аэродинамическая подъемная сила". RealWorldPhysicsProblems.com . real-world-physics-problems.com . Получено 28 января 2022 г. .
^ Лопес, Харм Фредерик Альтуизиус. "Физика вертолетов" (PDF) . ColoradoCollege.edu . Кафедра физики Колледжа Колорадо . Получено 28 января 2022 г. .
^ "Rocket aerodynamics". Sciencelearn.org.nz . Министерство бизнеса, инноваций и занятости правительства Новой Зеландии . Получено 28 января 2022 г. .
^ Zoechling, Moritz (20 января 2015 г.). «Аэродинамика гоночных автомобилей Формулы-1». APlusPhysics.com . A Plus Physics . Получено 28 января 2022 г. .
